[发明专利]光纤光栅温度/应变传感系统及其解调方法

权利要求书

1.一种光纤光栅温度/应变传感系统，其特征在于，包括：依次相连的窄线宽激光光源模块、相位调制模块、环形器和作为光学谐振腔的有源光纤光栅模块，其中：环形器的输岀端依次设有光电转换模块、锁相放大器和反馈控制模块，反馈控制模块的输岀端与窄线宽激光光源模块的控制端相连，窄线宽激光光源模块产生的种子激光通过相位调制模块产生边带后，经环形器以及有源光纤光栅模块中的波分复用器注入受到泵浦光激发的有源光纤光栅；返回光与环形器相连的光电转换模块进行光电转换得到拍频信号，由锁相放大器提取出相位调制频率处的分量，即反映窄线宽激光与有源光纤光栅的中心频率偏差的误差信号，反馈控制模块籍由误差信号产生反馈电压信号以控制窄线宽激光的中心频率，实现窄线宽激光与有源光纤光栅之间的注入锁定。

2.根据权利要求1所述的光纤光栅温度/应变传感系统，其特征是，所述的反馈控制模块包括：依次连接的数据采集卡、用于输出反馈电压信号的任意波形发生器、用于解析采集到的数据并生成反馈指令以控制数据采集卡和任意波形发生器的计算单元和压电控制器，其中：数据采集卡对输入的电信号进行采样，压电控制器实现对反馈电压信号的线性放大。

3.根据权利要求2所述的光纤光栅温度/应变传感系统，其特征是，所述的反馈电压信号，进一步包括有源光纤光栅的中心频率漂移信息，即包含了作用于有源光纤光栅上的温度/应变信号。

4.根据权利要求1所述的光纤光栅温度/应变传感系统，其特征是，所述的窄线宽溦光光源模块采用：带有可调光衰减器的窄线宽光纤激光器。

5.根据权利要求1所述的光纤光栅温度/应变传感系统，其特征是，所述的有源光纤光栅模块包括：波分复用器和与之相连的有源光纤光栅。

6.根据权利要求5所述的光纤光栅温度/应变传感系统，其特征是，所述的有源光纤光栅模块中进一步设有泵浦激光器，该泵浦激光器经波分复用器与有源光纤光栅相连。

7.一种基于权利要求6所述系统的相位调制光外差稳频方法，其特征在于，通过对单频激光进行相位调制，将得到的载波和两个一阶边带注入光学谐振腔；籍由光学谐振腔的传输特性对载波光与边带光产生不同的调制；然后从光学谐振腔的返回光的拍频信号中提取在相位调制频率处的分量作为纵坐标，以频率偏差为横坐标得到鉴频曲线；最后通过闭环反馈控制单频激光或者光学谐振腔的中心频率，使得两者保持对准和锁定。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征是，所述的调制包括：改变相位与强度，改变量是频率的函数。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征是，所述的传输特性是指有源光纤光栅的反射强度谱与相位谱。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征是，所述的鉴频曲线是指：误差信号与频率偏差的关系曲线，通过控制窄线宽激光光源模块进行线性扫频，采集到的拍频信号中提取在相位调制频率处的分量与时间作图，即鉴频曲线。

11.一种基于权利要求7～10中任一所述方法的注入锁定应用，其特征在于，将窄线宽激光光源模块发出的激光注入到光纤光栅温度/应变传感系统的泵浦激光器中用于锁定泵浦激光器的中心频率，当窄线宽溦光光源模块与泵浦激光器频率差在注入锁定范围内，则泵浦激光器的中心波长将与窄线宽激光光源模块保持锁定，且锁定后窄线宽溦光光源模块与泵浦激光器之间的相位差取决于两者之间的中心频率偏差。

12.根据权利要求11所述的应用，其特征是，所述的窄线宽激光光源模块采用窄线宽单频激光器，泵浦激光器采用具有泵浦激光器并激活增益的有源光纤光栅。

13.根据权利要求11所述的应用，其特征是，所述的注入锁定应用，在锁定范围内，相位差与中心频率偏差具有近似线性的关系；窄线宽溦光光源模块与泵浦激光器之间的注入锁定范围，即其中：τ_p为光子在腔中的寿命、P_in是指窄线宽激光光源模块注入到泵浦激光器的光功率，P是在有外部光注入下，泵浦激光器输出的光功率。